一种生物填料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种生物填料及其制备方法与应用，涉及大气污染控制领域

【技术实现步骤摘要】
一种生物填料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及大气污染控制领域，具体涉及一种生物填料及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]随着人民群众环保意识的逐步增强，受控恶臭指标逐渐增加，恶臭污染物排放限值趋于收严
。
生物除臭技术是目前应用最广的除臭技术
。
填料在该技术中起关键作用，既是微生物生长的重要营养来源与支撑材料，又是污染物的传递介质，其性能直接影响到废气的处理效果
。
[0003]针对恶臭治理，目前生物技术的难点在于寻找一种持续高效的填料
。
而且目前国内对生物填料的开发仍处于初步阶段，研发成果受限于成本
、
长期运行强度等原因，不能完全解决上述问题
。

技术实现思路

[0004]基于现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种持续高效的生物填料及其制备方法与应用
。
[0005]为了达到上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种生物填料，包括陶粒，所述陶粒具有贯穿孔，所述贯穿孔内负载有氢氧化铁和腐殖酸
。
所述生物填料利用腐殖酸与氢氧化铁间的配位作用，将腐殖酸固定在陶粒的贯穿孔内，腐殖酸促进
Fe
2+/3+
作为电子供
/
受体参与氧化还原反应，使
Fe
表现出更强的催化活性，同时在微生物及酸碱作用下，生物填料可将
Fe
与腐殖酸缓慢释放到溶液体系中，在填料表面及循环液中形成腐殖酸
‑
铁催化体系，有效促进微生物机体的氧化还原反应；腐殖酸
‑
铁催化体系还可吸收
H2S、VOCs(
挥发性有机物
)
等降解过程中产生的
O2‑
·
、HO
·
等活性氧
(ROS)
，缓解其导致的氧化胁迫作用，提升微生物的净化效能
。
相较未负载氢氧化铁和腐殖酸的生物填料，或者仅负载氢氧化铁而未负载腐殖酸的生物填料，所述生物填料不仅启动速度更快，而且对恶臭气体的去除效果更好；当陶粒包含矿物质等营养物质时，还能利用腐殖酸与三价铁等形成的螯合系统，使填料中的营养物质缓慢释放，提升填料的持久有效性
。
[0006]所述生物填料利用具有贯穿孔的陶粒，一方面储存大量营养物质，可以在运行中缓慢释放微生物生长所需养分；另一方面提供硬质骨架，释放营养物质后仍有较高的机械强度，可以避免有机填料或混合填料塌陷导致的断流
、
局部厌氧等问题
。
[0007]综上，所述生物填料能促进微生物快速启动，强化生化反应，缓慢释放营养物质，长期维持菌种生长微环境
。
[0008]优选地，所述陶粒的质量和所述氢氧化铁和腐殖酸的总质量的比例为
80
～
90
：
18
～
9。
在此特定配比下，所述生物填料除臭效果更高效持久
。
[0009]优选地，所述氢氧化铁和所述腐殖酸的质量比为1：2～2：
1。
氢氧化铁和腐殖酸的质量比过大，会导致腐殖酸负载量过低，填料长效性较差；氢氧化铁和腐殖酸的质量比过小，会导致大量腐殖酸未被固定在氢氧化铁表面而容易流失；而当氢氧化铁和腐殖酸的质
量比在上述范围内时，腐殖酸可以通过络合作用固定在氢氧化铁表面，并且具有较高负载量，使生物填料具备更好的缓释性能
、
长期使用性能
。
[0010]优选地，所述陶粒的至少部分表面上设有凝胶膜，所述凝胶膜中分布有微生物
。
通过在陶粒的至少部分表面上设置分布有微生物的凝胶膜，使微生物快速挂膜，提高启动速率
。
[0011]优选地，所述陶粒凝胶膜满足以下条件中的至少一条：
[0012](Ⅰ)
所述凝胶膜的厚度为5～
20
μ
m
；
[0013](Ⅱ)
所述凝胶膜为生物可降解凝胶膜，如由或主要由海藻酸钙
、
聚乙二醇中的至少一种组成；
[0014](Ⅲ)
所述凝胶膜中微生物的含量为
1.0
×
10^6
～
5.0
×
10^7cfu/g
；
[0015](Ⅳ)
所述微生物包括除臭微生物，所述除臭微生物包括硫氧化菌
、
氨氧化菌
、VOCs
降解菌中的至少一种
。
[0016]凝胶膜厚度过大，会导致填料刚性不足而易压实；凝胶膜的厚度过小，会导致难以成膜且填料微生物含量过低，不利于微生物快速挂膜；而当凝胶膜的厚度在上述范围内时，对填料机械性能影响较小，同时易于成膜且维持一定的微生物含量，有利于生物快速挂膜，达到快速启动的目的
。
[0017]凝胶膜可为生物不可降解凝胶膜，也可以为生物可降解凝胶膜
。
当凝胶膜为生物可降解凝胶膜时，更加环保
。
作为一个示例，凝胶膜由或主要由海藻酸钙
、
聚乙二醇中的至少一种组成，但凝胶膜的选择并不局限于此
。
[0018]凝胶膜中微生物的含量过大，会导致生物凝胶难以成膜且生产成本过高；凝胶膜中微生物的含量过小，会导致填料微生物含量不足而不利于微生物快速挂膜；而当凝胶膜中微生物的含量在上述范围内时，生物凝胶易于成膜且填料微生物含量足以使微生物快速挂膜，达到装置快速启动的目的
。
[0019]凝胶膜中的微生物可选择包括硫氧化菌
、
氨氧化菌
、VOCs
降解菌中的至少一种，但并不局限于此
。
[0020]优选地，所述陶粒满足以下条件中的至少一条：
[0021](A)
所述贯穿孔的平均孔径为
0.5
～
5.0mm
；
[0022](B)
所述陶粒的孔隙率为
70
‑
85
％
。
[0023]贯穿孔的直径过大，会导致填料机械强度不足而容易破碎，同时氢氧化铁和腐殖酸的络合物易流失而影响性能；贯穿孔的直径过小，会导致氢氧化铁和腐殖酸的络合物难以负载而且负载量低；而当贯穿孔的宽度在上述范围内时，填料机械强度良好，氢氧化铁和腐殖酸的络合物容易负载且负载量稳定，填料的缓释性能和长期使用性能较优
。
[0024]陶粒的孔隙率过大，会导致填料持水能力较差，且过流废气与填料及生物膜接触不充分，不利于污染物的去除；陶粒的孔隙率过小，会导致废气过流阻力过大而易堵塞，同时微生物不易挂膜，影响处理效果；而当陶粒的孔隙率在上述范围内时，填料持水能力好
、
生物附着性强
、
不易堵塞，有利于废气的高效处理
。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种生物填料，其特征在于，包括陶粒，所述陶粒具有贯穿孔，所述贯穿孔内负载有氢氧化铁和腐殖酸
。2.
如权利要求1所述的生物填料，其特征在于，所述陶粒的质量和所述氢氧化铁和腐殖酸的总质量的比例为
80
～
90
：
18
～9；所述氢氧化铁和所述腐殖酸的质量比为1：2～2：
1。3.
如权利要求1～2任一项所述的生物填料，其特征在于，所述陶粒的至少部分表面上设有凝胶膜，所述凝胶膜中分布有微生物
。4.
如权利要求3所述的生物填料，其特征在于，所述陶粒和所述凝胶膜的质量比为
80
～
90
：2～
1。5.
如权利要求3所述的生物填料，其特征在于，所述凝胶膜满足以下条件中的至少一条：
(Ⅰ)
所述凝胶膜的厚度为5～
20
μ
m
；
(Ⅱ)
所述凝胶膜为生物可降解凝胶膜，由或主要由海藻酸钙
、
聚乙二醇和壳聚糖中的至少一种组成；
(Ⅲ)
所述凝胶膜中微生物的含量为
1.0
×
10^6
～
5.0
×
10^7cfu/g
；
(Ⅳ)
所述微生物包括除臭微生物，所述除臭微生物包括硫氧化菌
、
氨氧化菌
、VOCs
降解菌中的至少一种
。6.
如权利要求1～2任一项所述的生物填料，其特征在于，所述陶粒满足以下条件中的至少一条：
(A)
所述贯穿孔的平均孔径为
0.5
～
5.0mm
；
(B)
所述陶粒的孔隙率为
70
‑
85
％
。7.
一种生物填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将骨料
、
水和植物纤维混合均匀以制备粗坯，造粒，风干，加热烧制，降温退火，得到具有贯穿孔的陶粒；
(2)
将可溶性三价铁盐溶于水中，得到铁盐溶液，再将所述具有贯穿孔的陶粒浸泡在所述铁盐溶液中，然后过滤出陶粒，风干，得到贯穿孔内负载铁盐的陶粒；
(3)
将所述贯穿孔内负载铁盐的陶粒浸泡在碱溶液中，过滤，洗涤，得到贯穿孔内负载氢氧化铁的陶粒；
(4)
将所述贯穿孔内负载氢氧化铁的陶粒浸泡在腐殖酸溶液中，过滤，风干，得到贯穿孔内负载氢氧化铁和腐殖酸络合物的陶粒；
(5)
将海藻酸钠配制成海藻酸钠溶液，加入微生物，混合均匀，得到海藻酸钠与微生物的混合液，再将所述贯穿孔内负载氢氧化铁和腐殖酸络合物的陶粒浸泡在所述海藻酸钠与微生物的混合液中，然后过滤，浸泡在氯化钙溶液中进行反应，之后滤出，得到生物填料，或者将聚乙二醇和壳聚糖溶于乙酸溶液中，加入微生物，混合均匀，得到聚乙二醇
‑
壳聚糖
‑
微生物的混合液，再将所述贯穿孔内负载氢氧化铁和腐殖酸络合物的陶粒浸泡在所述聚乙二醇
‑
壳聚糖
‑
微生物的混合液中，过滤，干燥，再在所得填料表面喷洒氢氧化钠溶液，风干，得到生物填料
。8.
如权利要求7所述的生物填料的制备方法，其特征在于，所述骨料的配制原料包括以下重量份的组分：污泥
30
～
40
份，粉煤灰
30
～
40
份，磷矿5～
10
份，黏土矿5～
10
份，氢氧化镁1～5份，硼酸盐
0.1
～1份，氢氧化铜
0.1
～2份，钼酸盐
0.1
～1份，菱钴矿
0.1
～1份
。
9.
如权利要求7所述的生物填料的制备方法，其特征在于，满足
(a)
‑
(l)
条件中的至少一条：
(a)
步骤
(1)
中，所述植物纤维的纤维平均长度为
15
～
30mm
，平均直径为
0.5
～
5.0mm
；
(b)
步骤
(1)
中，所述植物纤维包括秸秆纤维
、
毛竹纤维
、
甘蔗纤维
、
椰壳纤维中的至少一种；
(c)
步骤
(1)
中，所述粗坯制备时，骨料与所述植物纤维的体积比为
(4
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎智贤，宋旭，陈志平，郑理慎，
申请(专利权)人：广东省南方环保生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：